Анотація до роботи:

Холявко В.В. Формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 – металознавство та термічна обробка металів. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2006.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей формування фазового складу, структури та властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe в процесі реакційної дифузії галію при нормальних умовах, термобаричній та лазерній обробках.

Встановлено, що масоперенос Ga в квазікристалічних сплавах розвивається по типу реакційної дифузії та при нормальних умовах й при термобаричній обробці є багатостадійним процесом, що включає в себе: формування острівців кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga (х-фази) на поверхні розділу „сплав – Ga” внаслідок перебудови квазікристалічної і-фази; латеральне зростання кристалічної х-фази; нормальне зростання шару кристалічної х-фази; відновлення вихідної квазікристалічної і-фази у приповерхневих шарах сплаву в процесі ізотермічної витримки з формуванням остаточної трьохшарової структури сплаву.

Показана принципова можливість керування структурою, фізико-механічними та електричними властивостями квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe шляхом цілеспрямованої зміни структурних співвідношень квазікристалічних та кристалічних фаз, як при виготовленні, так і при термобаричній; лазерній обробках в різних режимах; прогнозованого створення структурних складових, що містять галій.

У дисертації наведено узагальнення і нове вирішення науково-практичної задачі, що виявляється у визначенні закономірностей формування структури, фазового складу і властивостей квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe при реакційній дифузії галію під дією зовнішніх факторів, що відкриває можливості прогнозувати та цілеспрямовано керувати характеристиками сплавів в потрібному напрямку. При цьому встановлені наступні основні наукові і практичні результати:

1. Показано, що крихкість та притаманна полікристалічним квазікристалам пористість, а також недостатня узагальненість та суперечливість відомостей щодо впливу легуючих елементів та зовнішніх факторів на структуру й властивості квазікристалічних матеріалів перешкоджають їх широкому застосовуванню, особливо як масивних об’єктів, не зважаючи на наявність комплексу унікальних властивостей, що підтвердило необхідність проведення досліджень на прикладі систем Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅-Ga та Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇-Ga.

2. Узагальнено процеси еволюції структури та фазового складу в системі Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅–Ga, яка у вихідному стані складається з ікосаедричної квазікристалічної фази Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ (і-фази), та в системі Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇–Ga, яка у вихідному стані містить квазікристалічну і-фазу та до 40 % кристалічних інтерметалідів.

3. Доведено, що дифузійний масоперенос галію в сплавах Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ та Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇ розвивається по типу реакційної дифузії, що призводить до формування кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga та при нормальних умовах й при термобаричній обробці є багатостадійним процесом, що включає в себе:

формування острівців кристалічної фази Al-Cu-Fe-Ga (х-фази) на поверхні розділу „сплав – Ga” внаслідок перебудови квазікристалічної і-фази;

латеральне зростання кристалічної х-фази;

нормальне зростання шару кристалічної х-фази;

відновлення вихідної квазікристалічної і-фази у приповерхневих шарах в процесі ізотермічної витримки з формуванням остаточної трьохшарової структури сплаву.

3. Експериментальні дані показали пороговий характер фазових змін при дифузії галію в умовах термомеханічної обробки та обробки тиском: критичними точками є тиск 1,0 ГПа при постійній температурі та температура 573 К при постійному тиску. Відновлена квазікристалічна ікосаедрична фаза складає приблизно третину від загальної кількості визначених фаз (від 20 – 30 % (тиск 1,0 – 1,5 ГПа) до 50 % (0,5 ГПа, 293 К та 723 К)). Зростання тиску сприяє поверненню складу сплаву Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇ до стехіометричного Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅, відхилення від якого відбувається внаслідок дифузії Ga, що відкриває можливість збереження специфічних властивостей, притаманних квазікристалічним сплавам системи Al-Cu-Fe.

4. Вперше встановлено, що наявність в сплаві Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇+Ga кристалічних інтерметалідів спричинює 10-кратне збільшення концентрації галію в об’ємі зерна у порівнянні зі сплавом Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅+Ga, а обробка тиском, істотно зменшуючи кількість кристалічних фаз (в 1,8 рази), призводить до збільшення концентрації галію на границях зерен, відкриваючи можливість одержувати високоміцні сплави (Е= 166 ГПа) з підвищеним рівнем пластичності.

5. На прикладі сплавів Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ та Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇ показана принципова можливість керування структурою, фізико-механічними та електричними властивостями квазікристалічних сплавів системи Al-Cu-Fe, насичених галієм, шляхом:

цілеспрямованої зміни структурних співвідношень квазікристалічних та кристалічних фаз, як при виготовленні, так і при термобаричній обробці (це дозволяє в 1,7 2,0 рази зменшити природну крихкість квазікристалів і в 25 разів - пористість);

лазерної обробки в режимах з різною потужністю (10⁴ Вт/см² й 10⁶ Вт/см²) та тривалістю випромінювання (1 мс й 50 нс), що забезпечує підвищення мікротвердості при поверхневих шарів матеріалу на 15 22 % при одночасному підвищенні рівня пластичності в 1,4 раза;

прогнозованого створення структурних складових, що містять галій, дозволяючих зменшувати питомий електричний опір в 1,7 – 2,0 рази та одержувати електричні властивості квазікристалічних сплавів, які притаманні провідниковим матеріалам.

7. Показано, що НТК ”Інститут монокристалів” Державного підприємства ”Науково-дослідний інститут мікроприладів” НАН України рекомендує для застосування досліджені в роботі квазікристалічні сплави систем Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅-Ga та Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇-Ga як електроконтактні матеріали в слабкострумових приладах та обладнанні при виробництві електронних та радіоелектронних приладів спеціального та загальнопромислового призначення.

Публікації автора:

1. Франчук В.И., Лариков Л.Н., Григорьева В.В., Литвинова Т.В., Сидоренко С.И. Структурные изменения в системе Ni-Ga при реактивной взаимной диффузии // Металлофизика и новейшие технологии. – 1997. – Т.19, № 6. – С. 50-54.

2. Ларіков Л.Н., Максименко Е.О., Сидоренко С.І., Волошко С.М., Холявко В.В. Вплив температури та тиску на фазовий склад сплаву Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ при реактивній дифузії Ga // Наукові вісті HТУУ”КПІ”. – 2001. - № 3. – С. 72-75.

3. Сидоренко С.І., Волошко С.М., Холявко В.В. Cтруктурні та фазові перетворення в сплаві Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇ при реактивній дифузії Ga // Металлофизика и новейшие технологии. – 2004. – Т.26, № 1. – С. 59-68.

4. Сидоренко С.І., Холявко В.В., Роїк Т.А. Формування внутрішніх напружень в сплаві системи (Al-Cu-Fe)+Ga під дією термомеханічної обробки // Наукові вісті HТУУ”КПІ”. – 2005. - № 5. – С. 66-69.

5. Сидоренко С.І., Волошко С.М., Холявко В.В., Роїк Т.А. Фазовий склад та механічні властивості квазікристалічних сплавів системи (Al-Cu-Fe)+Ga // Наукові вісті HТУУ”КПІ”. – 2005. - № 6. – С. 71-75.

6. Franchouk V.I., Larikov L.N., Litvinova T.V., Sidorenko S.I., Grigorieva V.V. Structure Changes in Ni-Ga System due to Reactive Interdiffusion // Defect and Diffusion Forum. – 1997. – Vols. 143-147. – РР. 1511-1516.

7. Franchouk V.I., Larikov L.N., Litvinova T.V., Sidorenko S.I., Grigorieva V.V. Diffusion in Ni-Ga Surface Layers // Proc.Іnternational Сonference on Diffusion in Materials (DIMAT-96). – Nordkirchen (Germany), 1996. – Р. 174.

8. Larikov L.N., MaksimenkoE.A., Sidorenko S.I., Voloshko S.M., Kholyavko V.V. Phase composition changes in Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ alloy due to reactive diffusion of Ga // Proc. Second International Workshop Diffusion and diffusional phase transformations in alloy (DIFTRANS-2001). - Cherkasy (Ukraine), 2001. – Р. 22.

9. Сидоренко С.І., Холявко В.В. Вплив температури та тиску на фазовий склад сплаву Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ та зміна його структури й механічних властивостей при реактивній дифузії галію // Конференція молодих вчених та аспірантів (IЕФ’2001). - Ужгород (Україна), 2001. – Р. 38.

10. Larikov L.N., MaksimenkoE.A., Sidorenko S.I., Voloshko S.M., Kholyavko V.V. The influence of Ga diffusion on the structure and mechanical properties of Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅ alloy. // Proceedings of the Second International Workshop Diffusion and diffusional phase transformations in alloy (DIFTRANS-2001). - Cherkasy (Ukraine), 2001. – Р. 23.

11. Холявко В.В. Вплив тиску та температури на рівень внутрішніх напружень при дифузії Ga в сплаві Al₆₂Cu₂₁Fe₁₇ // Конференція молодих вчених та аспірантів (IЕФ’2003). - Ужгород (Україна), 2003. – Р. 50.

12. Холявко В.В. Influence of thermal-mechanic treatment on the internal tensions in the alloys of the system (Al-Cu-Fe)+Ga // Proc. Sixth international young scientists conference Optics and High Technology Material Science (SPO 2005). – Kyiv (Ukraine), 2005. – Р. 158.